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Gebiet der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf die Walzproduktion und kann in Gerüsten von Walzstrassen mit hohen dynamischen und statischen Belastungen der Walzen eingesetzt werden, vorzugsweise in Gerüsten von Pilgerwalzstrassen.
Stand der Technik
Es ist ein Pilgergerüst bekannt
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Nachteil des bekannten Pilgergerüstes ist eine geringe Lagerlebensdauer, dadurch bedingt, dass die verfahrensspezifischen hohen zyklischen dynamischen Belastungen auf eine vergleichs- mässig kleine Fläche der Lagerschale einwirken, was zu einem hohen Verschleiss, hoher Verfor- mung infolge der geringen Steifheit und zur Veränderung der Schalenform führt. Das bedingt die Bildung eines Spiels und folglich Senkung der Walzgutqualität.
Beschreibung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verteilung der gesamten dynamischen Belas- tung auf die grosse Fläche der Lagerschale über ihren Umfang zu erzielen und die notwendige und bei ausreichender dämpfender Durchbiegung der Oberwand des Oberdruckstückes und kraft- schlüssiger Umfassung der Lageraussenschale in Walzgerüsten mit hohen dynamischen Belastun- gen einen Übergang zu Wälzlagern zu ermöglichen sowie die Steifheit und Lebensdauer der Lagerbaugruppen als auch der Walzgutqualität zu steigern.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im Walzgerüst, vorzugsweise einer Pilgerwalz- strasse, mit einem Ständer, mit in oberen und unteren Druckstücken in Lagern montierten Horizon- talwalzen und mit Druckschrauben, das obere Druckstück von Seiten der Walzenendzapfen gemäss der vorliegenden Erfindung eine Figur darstellt, die durch die linke und rechte II-förmige Schulter gebildet ist, deren Gegenseiten, bezogen auf die senkrechte Druckstückachse, miteinander durch Linien einer Ordnung höher als 1 seitlich der senkrechten Druckstückachse verbunden sind, so dass ein Mittelteil mit einer Ausdrehung für ein Wälzlager gebildet, und die Oberwand des Mitteltei- les mit einer Verdickung ausgebildet ist,
die proportional zu den Abständen zwischen den Kurven der Aussenfläche der Druckstückmittelwand und dem Ausdrehungsradius symmetrisch bezüglich der senkrechten Ausdrehungsachse zu den Verbindungsstellen mit Schultern ist, wobei die Form des unteren Druckstückes jene des oberen Druckstückes wiederspiegelt, wobei die Dicke der Oberwand des oberen Druckstückes sowie der Unterwand des unteren Druckstückes entlang der senkrechten Ausdrehungsachse gleich dem 0,05-0,25-fachen des Durchmessers der Lageraus- drehung beträgt und über dem oberen Druckstück ein Aufsatz sowie unter dem unteren Druckstück ein Untersatz angebracht sind, gestützt auf die Schultern des jeweiligen Druckstückes mittels zylindrische Scharniere, die in Ausdrehungen des Aufsatzes montiert sind,
so dass zwischen den Oberflächen des Aufsatzes und der oberen Fläche des oberen Druckstückes ein Spalt entsteht, während das untere Druckstück sich mit Schultern auf den Untersatz mittels zylindrischer Schar- niere abstützt, so dass ein Spalt zwischen den Oberflächen des unteren Druckstückes und des Untersatzes entsteht.
Durch die verbesserte Konstruktion des Walzgerüstes, durch die Form der Druckstücke, die mit n-förmigen Schultern ausgebildet sind, deren Seiten bezogen auf die senkrechte Druckstückachse miteinander durch Linien einer Ordnung höher als 1 verbunden sind, so dass ein Mittelteil des
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Druckstückes mit der Ausdrehung für ein Wälzlager gebildet wird, wurde es möglich, die Kraft der Druckschraube auf die Druckstückteile ausserhalb des Walzlagerbereiches zu leiten.
Die Ausfüh- rung der Oberfläche des mittleren oberen Teiles des Druckstückes in Form einer Kurve, derer Ordnung höher als 1 ist und die entsprechende Verdickung der Wände des Mittelteiles von der senkrechten Druckstückachse seitlich zu den Verbindungsstellen mit den Schulterseiten proportio- nal zu der Veränderung des Abstandes zwischen den Kurven, derer Ordnung höher als 1 ist, gewährleistet die Kraftübertragung auf die Lageraussenschale, die sich gleichmässig von der senk- rechten Druckstückachse zu den Schultern verstärkt. Bei Auftreten einer dynamischen Belastung der Walzen verteilt sich die auf das Lager wirkende Kraft auf zwei Bereiche des Segments des Winkels a, in den Bereichen der Strahlen des Winkels a, so dass die Anzahl der Lagerrollen steigt, die die Gesamtlast auf das Lager übernehmen.
Dies wird durch eine Biegung der Oberwand des Oberdruckstückes und der Unterwand des Unterdruckstückes bei Einwirkung der Vorspannkraft auf die Schultern mittels der Druckschraube zum Zeitpunkt des Scheitelwertes der dynamischen Belastung der Walzen gewährleistet. Die Biegung der Oberwand des Oberdruckstückes und der Unterwand des Unterdruckstückes ist bei einer Dicke der Druckstückwände entlang der senkrech- ten Achse der Lagerausdrehung, die das 0,05-0,25-fache des Ausdrehungsdurchmesser beträgt, möglich.
Bei einer Wandstärke unter dem 0,05-fachen des Durchmessers der Wälzlagerausdrehung für Gerüste, die hohen dynamischen Belastungen ausgesetzt sind, wie Pilgerwalzgerüste, z. B. bei einem Walzenzapfen- und folglich Wälzlager-Ausdrehungsdurchmesser, der 700 mm beträgt, beträgt die Wanddicke im Oberteil des oberen Druckstückes entlang der senkrechten Ausdre- hungsachse unter 35 mm.
Die Streckgrenze für das Druckstückmaterial, z. B. Stahl 50, beträgt 275 MPa. Bei einer Dicke unter dem 0,05-fachen des Ausdrehungsdurchmessers entstehen unter Einwirkung der Dehnkraft auf die Aussenoberfläche der Wand im Bereich der senkrechten Ausdrehungsachse jene Spannun- gen, die nahe der Streckgrenze liegen.
Eine Verringerung der Dicke der Wand unter das 0,05-fache des Ausdrehungsdurchmessers ist nicht erwünscht, weil es zu derer Zerstörung im Bereich der senkrechten Achse und zum Lager- ausfall führen kann.
Beim Einsatz von Kohlenstoffstählen als Druckstückmaterial, z. B. 30XC, steigt die Streckgren- ze, aber unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Lagerbelastung und die Biegung des Druck- stückmittelteiles zyklisch sind, darf die Oberwanddicke des oberen Druckstückes nicht unter das 0,05-fache des Durchmessers für die Lagerausdrehung gewählt werden.
Eine Steigerung der Wanddicke im Oberteil des Oberdruckstückes im Bereich der senkrechten Achse über das 0,25-fache des Durchmessers für die Lagerausdrehung (über 140 mm für die Pilgerwalzstrasse) ist unerwünscht, weil die Belastung der Lageraussenschale sich lokal auf kleine Teile des Segmentes des Winkels Ó verteilt und die Fläche des Kontaktdruckes auf den Wälzkör- per nicht vergrössert wird, wobei die Lagerrollen und die Wand eine Plattenfunktion anstreben und es zu einer unerwünschten Wandbiegung kommt.
Das Anbringen eines Aufsatzes über dem oberen Druckstück und eines Untersatzes unter dem unteren Druckstück mit dieser zugewandten Oberflächen, die derer Form folgen und mit Druckstü- cken im Schulterbereich über zylindrische Scharniere kontaktieren, ermöglicht die Kraftübertragung vom Druckmechanismus - Schraube unmittelbar auf die Bereiche der Schultern, wo Scharniere angeordnet sind.
Durch das Vorhandensein von Scharnieren, entstehen dank der Höhe und Tiefe der Ausdre- hung in den Aufsätzen und Untersätzen Spalte zwischen den Oberflächen des Aufsatzes und des oberen Druckstückes bzw. zwischen jenen des Untersatzes und des unteren Druckstückes, die eine dämpfende Biegung der Druckstückwände ermöglichen.
Das Vorhandensein von zylindrischen Scharnieren, welche die Druckschraubenkraft auf die Druckstücke übertragen, ermöglicht die Drehung von Druckstücken in einer Axialebene bei einer Walzenbiegung zum Zeitpunkt der Maximalbelastung, was eine gleichmässige Verteilung der Belas- tungen auf die Radiallager längs der Walzenzapfen gewährleistet und somit die Lebensdauer des Lagers erhöht.
Die angeführte Gesamtheit der Merkmale des erfindungsgemässen Walzgerüstes ist in allen Fällen ausreichend, die unter den Schutzbereich fallen.
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Ausserdem hat das erfindungsgemässe Walzgerüst auch andere Unterscheidungsmerkmale, welche die Erfindung bei einzelnen Ausführungsformen und Anwendung ergänzen und kennzeich- nen.
Die Lagerung der oberen Mittelteilwand des oberen Druckstückes und der Unterwand des je- weiligen Bereiches des Unterdruckstückes in Segmenten der Winkel a von 60-120 , deren Spitzen mit den Wälzlagerausdrehungsmitten und deren Winkelhalbierende mit den senkrechten Ausdre- hungsachsen zusammenfallen, ist durch folgende Faktoren bedingt.
Die Verteilung der Lagerbelastung im Segment des Winkels a hat positive Auswirkungen auf die Funktion und Lebensdauer des Lagers ; die Fläche des Kontaktdruckes der Lagerrollen auf die Oberfläche der Schalen sich vergrössert, verringert sich dementsprechend die Belastung auf jede Lagerrolle. Somit sind Voraussetzungen für den Einsatz von Wälzlagern statt der bisher verwendeten Gleitlager in Gerüsten mit dynamischen Lasten gegeben, z. B. in Pilgerwalzstrassen.
Dadurch wird eine stabile Steifheit der Walzenstützen des Gerüstes und somit eine hohe Qualität des Walzgutes gewährleistet.
Bei einem Winkel a von kleiner als 60 wirkt die Hauptbelastung der Lageraussenschale im Segment dieses Winkels a, d. h. die Fläche des Kontaktdruckes auf den Lagerwälzkörper sowie die Anzahl der Wälzkörper der die Belastung übernehmenden Rollen verringert sich, und somit steigt der Kontaktdruck auf Rollen. Bei hohen dynamischen Belastungen kann das zur Verformung der Lagerschale führen.
Bei einem Winkel a grösser als 120 werden die Kräfte auf der Lageraussenschale im Bereich nahe der waagerechten Lagerachse verteilt, was einen negativen Einfluss auf die Funktion der Lagerrollen hat ; die Rollen können in den Schalen festgeklemmt werden. Ausserdem vergrössert sich die Druckstückbreite und es verringert sich die Höhe der Schultern, was zu einer unzulässigen Biegung der Schultern führen kann.
Ausserdem beträgt die Druckstückwandstärke gemäss dieser Erfindung in den Bereichen zwi- schen den Strahlen von Winkel a gleich dem 1,1-2,5-fachen der Druckstückwanddicke längs der senkrechten Achse der Ausdrehung für das Wälzlager.
Eine gleichmässige Verdickung der Wand vom oberen Mittelteil des oberen Druckstückes und der unteren Wand des unteren Druckstückes bis zu den genannten Werten ist für die Erzielung einer gleichmässigen Kraftverteilung auf die Lagerschale in den Bereichen des Segmentes des Winkel a = 60-120 , die zwischen dessen Strahlen liegen, nötig. Dadurch wird eine gleichmässige Belastung des Lagerwälzkörpers gewährleistet, indem die Anzahl der an der Kraftweiterleitung auf die Lagerschalen beteiligten Wälzkörper steigt.
Bei einer Druckstückwanddicke in den Strahlen des Winkels a von weniger als dem 1,1-fachen der Wanddicke des oberen Mittelteiles des oberen Druckstückes entlang der senkrechten Ausdre- hungsachse (Winkelhalbierende von a) verringern sich die lokalen Wirkungsbereiche der Kräfte auf die Lageraussenschale in den Strahlen des Winkels a wesentlich und die Maximalkraft nähert sich der waagerechten Lagerachse bei a = 100-120 , was unerwünscht ist, weil ein Festklemmen der Wälzkörpern in den Lagerschalen möglich ist.
Bei einer Druckstückwandstärke in den Strahlen des Winkels a grösser als das 2,5-fache der Wanddicke des oberen Mittelteiles des oberen Druckstückes entlang der senkrechten Ausdre- hungsachse muss die Schulterbreite vergrössert sein, was unerwünscht ist, weil der Wirkungsbe- reich der Kräfte sich dem Wandscheitel im Bereich der senkrechten Ausdrehungsachse nähert, was die Lastverteilungsfläche auf eine grössere Anzahl von Lagerwälzkörper verringert.
Ausserdem beträgt gemäss der Erfindung der Spalt zwischen den Oberflächen des Druckstü- ckes und des Aufsatzes bzw. des Druckstückes und des Untersatzes dem 0,05-0,2-fachen der Wanddicke des Druckstückmittelteiles entlang der senkrechten Ausdrehungsachse für das Walzla- ger, und in diesem Spalt sind dämpfende Einlagen untergebracht.
Der Spalt ist für eine Veränderung der Druckstückwandform zum Zeitpunkt der Kraftverteilung auf das rechte und das linke Segment der Lageraussenschale, beim Auftreten von Biegekräften auf die Innenflächen der Druckstückwand in Bereichen der Strahlen des Winkel a und der Aussenfläche der Druckstückwand im Bereich der senkrechten Achse der Lagerausdrehung notwendig.
Der Einbau einer dämpfenden Einlage im Spalt ist notwendig, um die Dehnkräfte zum Zeit- punkt der Scheitelwerte zu ebnen und eine Stossbelastung des Lagers zu vermeiden.
Bei einem Spalt kleiner als dem 0,05-fachen der Druckstückwanddicke entlang der senkrech-
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ten Ausdrehungsachse ist es schwierig, die Stosskräfte abzuflachen, da eine dünne Einlage nur eine kleine Dämpfungswirkung erzielt, und die Vergrösserung des Spaltes über das 0,2-fache der Druckstückwanddicke nicht wünschenswert ist, weil eine Verzerrung der Lageraussenschalenform auftreten kann.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt das Walzgerüst von der Seite der Walzenendzapfen; Fig. 2 das Walzgerüst von der Walzseite und Fig. 3 das obere Druckstück mit Belastungslinien in Wälzlagern.
Ausführungsform der Erfindung
Die Vorrichtung besteht aus einem Ständer 1 (Fig. 1,2) und waagrechten Walzen 2, die in ei- nem jeweils oberen und unteren Druckstück 3 bzw. 4 mittels radialer Wälzlager 5 in Ausdrehungen 6 der Druckstücke 3,4 montiert sind.
Das obere Druckstück 3 stellt von der Seite der Endzapfen der Walzen 2 eine Figur dar, die durch den linken und rechten Bereich von n-förmigen Schultern 7,8 gebildet ist, deren bezogen auf die senkrechte Achse der Ausdrehung 6 gegengerichtete Seiten miteinander in den Punkten "a" und "b" (Fig. 3) durch Linien 9, derer Ordnung höher als 1 ist, verbunden sind, unter Bildung eines Mittelteiles des Druckstückes 3 mit einer Ausdrehung 6 für das Wälzlager 5. Die Oberwand 10 des Mittelteiles des oberen Druckstückes 3 liegt im Segment des Winkels a = 60-120 , dessen Strahlen von der Spitze, die im Zentrum des Lagers 5 liegt, nach oben und seitlich zu den Punkten "a" und "b" (Fig. 3) der Verbindung mit den Schulterseiten 7,8 verlaufen und dessen Halbierende mit der senkrechten Achse der Ausdrehung 6 zusammenfällt.
Die Wand 10 des Druckstückes 3 weist eine Verdickung auf, die proportional zu den Abständen zwischen den Kurven ist, derer Ordnung höher als 1 ist, symmetrisch von der senkrechten Achse der Ausdrehung 6 zu den Punk- ten "a" und "b" der Verbindung mit den Schulterseiten 7,8.
Die Dicke "A" der Wand 10 des oberen Druckstückes 3 und der unteren Wand des unteren Druckstückes 4 entlang der senkrechten Achse der Ausdrehung 6 beträgt das 0,05-0,25-fache des Durchmessers der Ausdrehung 6.
Die Form des unteren Druckstückes 4 gleicht jener des oberen Druckstückes 3.
Über dem oberen Druckstück 3 ist unter der Druckschraube 11 ein Aufsatz 12 untergebracht, und unter dem unteren Druckstück 4 ein Untersatz 13. Der Aufsatz 12 stützt sich auf die Schultern 7,8 des Druckstückes 3 über zylindrische Scharniere 14, wobei zwischen der Oberfläche des Aufsatzes 12, die der Form der Oberfläche des Druckstückes 3 folgt, und der Oberfläche von Druckstück 3 ein Spalt 15 gebildet ist.
Das untere Druckstück 4 stützt sich mit den Schultern 7,8 auf den Untersatz 13 über zylindri- sche Scharniere 16, wobei zwischen der Oberflächen des Druckstückes 4 und des Untersatzes 13 ein Spalt 15 gebildet ist.
Das Scharnier 14 ist in den Ausdrehungen des Aufsatzes 12 mit Spannschrauben 17 frei be- festigt, die gleichzeitig das Druckstück 3 am Aufsatz 12 mit der Möglichkeit einer Drehung des Druckstückes 3 in der Achsenebene bei einer Biegung der Walzen 2 befestigen.
Der Spalt 15 zwischen den Oberflächen der Druckstücke 3,4 und des Aufsatzes 12 bzw. des Untersatzes 13 beträgt das 0,05-0,2-fache der Dicke "A" der Wand 10 entlang der senkrechten Achse der Ausdrehung 6 für das Lager 5.
In den Spalten sind Dämpfungseinlagen untergebracht, zum Beispiel aus einer Mangan- Kupfer-Legierung, die dämpfende Eigenschaften hat.
Die Dicke der Wand 10 der Druckstücke 3,4 in den Bereichen der Strahlen des Winkels a = 60-120 beträgt das 1,1-2,5-fache der Dicke "A" der Wand 10 entlang der senkrechten Achse der Ausdrehung 6.
Die untere Oberfläche 18 der Wand 10 des Druckstückes 3 und die obere Oberfläche der Wand 10 des Druckstückes 4 sind trapezförmig ausgeführt, wobei die kleineren Grundlinien der Trapezen einander zugewandt sind.
Zwischen den Schultern 7,8 des unteren Druckstückes 4 und Anschlägen 19 sind Hydraulikzy- linder 20 des Druckstückschubes eingebaut.
Der Schubmechanismus des oberen Druckstückes 3 ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
In Fig. 3 sind die Belastungslinie 21 für das Lager nach einem Prototyp und die Belastungslinie
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22 für das erfindungsgemässe Walzgerüst bei "m"/"A"=2,0 und a = 120 dargestellt.
Die Montage der Lagerbaugruppen des Walzgerüstes wird wie folgt ausgeführt. Auf die Ar- beitswalzen 2 werden Kassettenbuchsen (in der Figur nicht dargestellt) aufgesetzt, auf diese werden die Druckstücke 3,4 mit 4-Reihen-Rollenwälzlagern montiert. Auf die Oberfläche des oberen Druckstückes 3 und auf die Oberfläche des Untersatzes 13 werden Einlagen gelegt, zum Beispiel aus einer Mangan-Kupfer-Legierung, die hohe Dämpfungseigenschaften besitzt, deren Dicke das 0,05-0,2-fache der Dicke "A" der Wand 10 des oberen Druckstückes 3 beträgt.
Das Druckstück 3 wird mit dem Aufsatz durch Spannschrauben 17 verbunden, nachdem in Ausdrehungen des Aufsatzes 12 und des Untersatzes 13 zylindrische Scharniere 14,16 eingebaut worden sind. Die Höhe der Scharniere überragt die Ausdrehungshöhe um die Grösse des Spaltes 15. Danach werden die Muttern der Spannschrauben 17 mit einer Kraft angezogen, die ausrei- chend ist, um eine Achsenfreiheit des Druckstückes 3 und eine Biegung der Walzen 2 sowie ein Andrücken der Einlage zur Oberfläche zwischen dem Druckstück 3 und dem Aufsatz 12 zu ge- währleisten.
Nach den Aufsetzen des unteren Druckstückes 4 auf den Untersatz 13 mit Scharnieren 16 wird der Schubmechanismus 20 des Druckstückes 4 eingeschaltet, wodurch das Druckstück 4 über die Einlagen 16 an den Untersatz 13 angedrückt wird.
Das Walzgerüst funktioniert auf folgende Weise. Beim Walzen des Luppens, zum Beispiel in einer Pilgerstrasse, erfolgt die Hauptverformung durch den vorderen Kaliberkonus der Walzen 2.
Die Walzen 2 umfassen einen Bereich der Hülse, die auf einen Dorn aufgesetzt ist (in der Figur nicht dargestellt) mit nachfolgendem Auswalzen des Hülsenbereiches.
Zum Zeitpunkt der Hülsenumfassung erfolgt ein Stoss mit Kaliberkonus gegen die Hülse. Die- ser Stoss wird über die Zapfen der Walzen 2 auf das Lager 5 übertragen. Die Belastung der Aussen- schale des Lagers 5 wird über die Rollen auf den rechten und linken Bereich des Segmentes des Winkels Ó weitergeleitet. Dabei findet eine zusätzliche Biegung der Wände 10 der Druckstücke 3,4 und eine zusätzliche Verteilung der Belastung auf einen grossen Teil von Innenfläche der Aussen- schalen statt. Durch dämpfende Einlagen mit einer kleinen Änderung des Spaltes 15 und die Druckstückbiegung wird die Stossbelastung auf das Lager gedämpft, was eine erhöhte Lebensdau- er der Lager 5 bewirkt.
Zum Zeitpunkt der dynamischen Belastung tritt eine Achsenbiegung von Walzen 2 ein. Die Druckstücke 3,4 drehen sich um die Walzachse über den Oberflächen der zylindrischen Scharnie- re 14,16, wobei die Parallelität mit Achsen der Lager 5 sowie die Steifheit entlang der ganzen Länge der Lager 5 beibehalten wird.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Das vorgeschlagene Walzgerüst kann in Walzstrassen mit hohen statischen und dynamischen Belastungen eingesetzt werden, z. B. in Pilgerwalzstrassen. Es gewährleistet eine Produktion von Walzgut, beispielsweise Rohren, mit hoher Genauigkeit der geometrischen Abmessungen durch den Übergang von Gleitlagern auf radiale Wälzlager.
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